k8s学习总结(一) 一些重要概念

k8s的一些重要概念

- Cluster

Cluster 是计算、存储和网络资源的集合,Kubernetes 利用这些资源运行各种基于容器的应用。

- Master

Master 是 Cluster 的大脑,它的主要职责是调度,即决定将应用放在哪里运行。Master 运行 Linux 操作系统,可以是物理机或者虚拟机。为了实现高可用,可以运行多个 Master。

- Node

Node 的职责是运行容器应用。Node 由 Master 管理,Node 负责监控并汇报容器的状态,并根据 Master 的要求管理容器的生命周期。Node 运行在 Linux 操作系统,可以是物理机或者是虚拟机。

- Pod

Pod 是 Kubernetes 的最小工作单元。每个 Pod 包含一个或多个容器。Pod 中的容器会作为一个整体被 Master 调度到一个 Node 上运行。

Kubernetes 引入 Pod 主要基于下面两个目的:

1. 可管理性。

有些容器天生就是需要紧密联系,一起工作。Pod 提供了比容器更高层次的抽象,将它们封装到一个部署单元中。Kubernetes 以 Pod 为最小单位进行调度、扩展、共享资源、管理生命周期。

2. 通信和资源共享。

Pod 中的所有容器使用同一个网络 namespace,即相同的 IP 地址和 Port 空间。它们可以直接用 localhost 通信。同样的,这些容器可以共享存储,当 Kubernetes 挂载 volume 到 Pod,本质上是将 volume 挂载到 Pod 中的每一个容器。

Pods 有两种使用方式

1. 运行单一容器。

one-container-per-Pod 是 Kubernetes 最常见的模型,这种情况下,只是将单个容器简单封装成 Pod。即便是只有一个容器,Kubernetes 管理的也是 Pod 而不是直接管理容器。

2. 运行多个容器。

但问题在于:哪些容器应该放到一个 Pod 中?
答案是:这些容器联系必须 非常紧密,而且需要 直接共享资源。

Controller

Kubernetes 通常不会直接创建 Pod,而是通过 Controller 来管理 Pod 的。Controller 中定义了 Pod 的部署特性,比如有几个副本,在什么样的 Node 上运行等。为了满足不同的业务场景,Kubernetes 提供了多种 Controller,包括 Deployment、ReplicaSet、DaemonSet、StatefuleSet、Job 等,我们逐一讨论。

  • Deployment 是最常用的 Controller,比如前面在线教程中就是通过创建 Deployment 来部署应用的。Deployment 可以管理 Pod 的多个副本,并确保 Pod 按照期望的状态运行。

  • ReplicaSet 实现了 Pod 的多副本管理。使用 Deployment 时会自动创建 ReplicaSet,也就是说 Deployment 是通过 ReplicaSet 来管理 Pod 的多个副本,我们通常不需要直接使用 ReplicaSet。

  • DaemonSet 用于每个 Node 最多只运行一个 Pod 副本的场景。正如其名称所揭示的,DaemonSet 通常用于运行 daemon。

  • StatefuleSet 能够保证 Pod 的每个副本在整个生命周期中名称是不变的。而其他 Controller 不提供这个功能,当某个 Pod 发生故障需要删除并重新启动时,Pod 的名称会发生变化。同时 StatefuleSet 会保证副本按照固定的顺序启动、更新或者删除。

  • Job 用于运行结束就删除的应用。而其他 Controller 中的 Pod 通常是长期持续运行。

Service

问题:Deployment 可以部署多个副本,每个 Pod 都有自己的 IP,外界如何访问这些副本呢?

通过 Pod 的 IP 吗?
要知道 Pod 很可能会被频繁地销毁和重启,它们的 IP 会发生变化,用 IP 来访问不太现实。
答案当然是 Service。

Kubernetes Service 定义了外界访问一组特定 Pod 的方式。Service 有自己的 IP 和端口,Service 为 Pod 提供了负载均衡。
Kubernetes 运行容器(Pod)与访问容器(Pod)这两项任务分别由 Controller 和 Service 执行。

Namespace

如果有多个用户或项目组使用同一个 Kubernetes Cluster,如何将他们创建的 Controller、Pod 等资源分开呢?
答案就是 Namespace。

Namespace 可以将一个物理的 Cluster 逻辑上划分成多个虚拟 Cluster,每个 Cluster 就是一个 Namespace。不同 Namespace 里的资源是完全隔离的。
Kubernetes 默认创建了两个 Namespace。
[root@node1 ~]# kubectl get namespace
NAME STATUS AGE
default Active 1d
kube-system Active 1d

  • default -- 创建资源时如果不指定,将被放到这个 Namespace 中。
  • kube-system -- Kubernetes 自己创建的系统资源将放到这个 Namespace 中。
    Kubernetes架构图(经典经典!!)


    k8s架构

    Kubernetes拆解图(经典经典!!)


    k8s架构拆解

K8S Master节点

从上图可以看到,Master是K8S集群的核心部分,主要运行着以下的服务:kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、etcd和Pod网络(如:flanne)

  • API Server:K8S对外的唯一接口,提供HTTP/HTTPS RESTful API,即kubernetes API。所有的请求都需要经过这个接口进行通信。主要处理REST操作以及更新ETCD中的对象。是所有资源增删改查的唯一入口。

  • Scheduler:资源调度,负责决定将Pod放到哪个Node上运行。Scheduler在调度时会对集群的结构进行分析,当前各个节点的负载,以及应用对高可用、性能等方面的需求。

  • Controller Manager:负责管理集群各种资源,保证资源处于预期的状态。Controller Manager由多种controller组成,包括replication controller、endpoints controller、namespace controller、serviceaccounts controller等

  • ETCD:负责保存k8s 集群的配置信息和各种资源的状态信息,当数据发生变化时,etcd会快速地通知k8s相关组件。

  • Pod网络:Pod要能够相互间通信,K8S集群必须部署Pod网络,flannel是其中一种的可选方案。

K8S Node节点

Node是Pod运行的地方,Kubernetes支持Docker、rkt等容器Runtime。Node上运行的K8S组件包括kubelet、kube-proxy和Pod网络。

  • Kubelet:kubelet是node的agent,当Scheduler确定在某个Node上运行Pod后,会将Pod的具体配置信息(image、volume等)发送给该节点的kubelet,kubelet会根据这些信息创建和运行容器,并向master报告运行状态。
  • Kube-proxy:service在逻辑上代表了后端的多个Pod,外借通过service访问Pod。service接收到请求就需要kube-proxy完成转发到Pod的。
    每个Node都会运行kube-proxy服务,负责将访问的service的TCP/UDP数据流转发到后端的容器,如果有多个副本,kube-proxy会实现负载均衡,有2种方式:LVS或者Iptables Docker Engine:负责节点的容器的管理工作

Kubernetes中pod创建流程

Pod是Kubernetes中最基本的部署调度单元,可以包含container,逻辑上表示某种应用的一个实例。例如一个web站点应用由前端、后端及数据库构建而成,这三个组件将运行在各自的容器中,那么我们可以创建包含三个container的pod。

pod创建的所有流程

具体的创建步骤包括:

  1. 客户端提交创建请求,可以通过API Server的Restful API,也可以使用kubectl命令行工具。支持的数据类型包括JSON和YAML。

  2. API Server处理用户请求,存储Pod数据到etcd。

  3. 调度器通过API Server查看未绑定的Pod。尝试为Pod分配主机。

  4. 过滤主机 (调度预选):调度器用一组规则过滤掉不符合要求的主机。比如Pod指定了所需要的资源量,那么可用资源比Pod需要的资源量少的主机会被过滤掉。

  5. 主机打分(调度优选):对第一步筛选出的符合要求的主机进行打分,在主机打分阶段,调度器会考虑一些整体优化策略,比如把容一个Replication Controller的副本分布到不同的主机上,使用最低负载的主机等。

  6. 选择主机:选择打分最高的主机,进行binding操作,结果存储到etcd中。

  7. kubelet根据调度结果执行Pod创建操作: 绑定成功后,scheduler会调用APIServer的API在etcd中创建一个boundpod对象,描述在一个工作节点上绑定运行的所有pod信息。运行在每个工作节点上的kubelet也会定期与etcd同步boundpod信息,一旦发现应该在该工作节点上运行的boundpod对象没有更新,则调用Docker API创建并启动pod内的容器。

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